ЭКСКАВАТОР ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ И ЗАСЕВА ОТКОСОВ ОТВАЛА Российский патент 1994 года по МПК E02F3/46 E02F9/14 E02F5/08 E01C21/00 

Изобретение относится к горному машиностроению, в частности к машинам для рекультивации карьерных отвалов и уступов из мягких пород или покрытых плодородным слоем.

Известны экскаваторы различных типов, включающие базовую машину с поворотной платформой и стрелой, на которой смонтирован породоразрушающий рабочий орган. Многие из этих машин, хотя и носят название "универсальный", предназначены в основном для определенного вида работ и не оборудованы сеялками [1].

Наиболее близким типом экскаватора, принятым нами в качестве прототипа является экскаватор-планировщик. Стрела экскаватора оснащена породоразрушающим рабочим органом в виде струга, который с помощью канатной тяги на роликах совершает возвратно-поступательные движения. Экскаватор обеспечивает планировку откосов, но не производит их засев, т.к. его породоразрушающий рабочий орган не приспособлен для подачи и распределения зерен в почве [2].

Основной задачей предлагаемого изобретения является расширение технологических возможностей экскаватора-планировщика.

Это достигается тем, что у экскаватора-планировщика стрела оснащена по всей длине зубчатой рейкой, а породоразрушающий рабочий орган, совершающий возвратно-поступательное движение с помощью канатной тяги, выполнен в виде размещенного в кожухе фрезерного ротора, продольный вал которого расположен перпендикулярно стреле и снабжен не менее чем одним жестко закрепленным зубчатым колесом, входящим в зацепление с зубчатой рейкой стрелы, при этом кожух рабочего органа выполнен с открытой поверхностью в сторону отвала и оборудован бункером для высеваемого материала с дозатором, механизмом управления работой дозатора, водораспределительной системой, скребком, кронштейнами с катком и ограничителями поворота кожуха, причем разгрузочные окна дозатора и водораспределительной системы выведены в камеру размещения породоразрушающего рабочего органа, скребок закреплен с наружной стороны кожуха перед катком, а точка крепления на кожухе каждой ветви каната канатной тяги расположена выше точки набегания каната на соответствующий направлению движения конечный блок, установленный на стреле. Механизм управления работой дозатора в данном экскаваторе предлагается выполнить в виде двух соединенных гибкой связью звездочек и храпового устройства, причем звездочки жестко закреплены по одному соответственно на втулке породоразрушающего рабочего органа и оси дозатора, а храповое устройство выполнено в виде двойного храповика, основное колесо которого жестко закреплено на продольном валу указанного рабочего органа, промежуточное колесо с собачками - на втулке ротора и собачки для промежуточного колеса - на кожухе рабочего органа.

Предлагаемая конструкция экскаватора отличается от прототипа следующими особенностями:
кожух рабочего органа снабжен высевающим устройством, выполненным в виде бункера с дозатором, причем вращение дозатора осуществляется от звездочки, жестко закрепленной на втулке породоразрушающего рабочего органа;
породоразрушающий рабочий орган выполнен в виде смонтированного на продольной оси фрезерного ротора, который при движении с помощью канатной тяги вперед (от платформы экскаватора) совершает круговые вращения за счет перекатывания зубчатых колес с продольной осью и ротором по зубчатой рейке стрелы и благодаря этому фрезы ротора рыхлят землю на требуемую глубину. При движении же рабочего органа к платформе экскаватора храповой механизм стопорит фрезерный ротор, а вращаются только зубчатые колеса с продольной осью;
кожух рабочего органа оборудован водораспределительной системой (емкость, форсунки, насос), что позволяет увлажнять почву при высевании семян до требуемой влажности. Увлажнение почвы предотвратит сползание или выдувание почвенного слоя с откоса отвала или уступа;
кожух рабочего органа оснащен скребком и катком, что позволяет при продольном движении рабочего органа по стреле осуществлять планировку и уплотнение породы на рекультивируемом откосе до и после посева;
из-за своеобразного расположения продольной оси рабочего органа и узлов крепления канатной тяги кожух рабочего органа при изменении направления его движения по стреле поворачивается на некоторый угол, что приводит к изменению силы воздействия катка на почву. Величина повотора кожуха, а следовательно, и сил воздействия регулируется положением ограничителей поворота на кожухе.

На фиг. 1 показан общий вид экскаватора; на фиг. 2 - породоразрушающий рабочий орган и его кожух (сечение); на фиг. 3 - крепление рабочего органа в кожухе и на стреле; на фиг. 4 - сечение по А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - взаимодействие ограничителя поворота кожуха со стрелой; на фиг. 6 - сечение по В-В на фиг. 3; на фиг. 7 - положение катка при движении рабочего органа к поворотной платформе экскаватора; на фиг. 8 - то же, но при движении рабочего органа от поворотной платформы; на фиг. 9 - положение катка и коромысла (по варианту 2) при движении рабочего органа к поворотной платформе экскаватора; на фиг. 10 - то же, при движении от поворотной платформы.

Экскаватор для планирования и засева откосов отвала состоит из ходовой тележки 1 базовой машины с поворотной платформой 2 и стрелой 3, на которой смонтированы перемещаемое при работе устройство 4 (назовем его кареткой) и конечные блоки: верхний 5 и нижний 6 канатной тяги 7 с канатом 8. На поворотной платформе размещены также лебедка 9 с канатом 10 для перемещения стрелы в вертикальной плоскости и бак 11 для воды (в случае ее необходимости).

Каретка представляет собой породоразрушающий рабочий орган 12 с продольным валом 13, которые размещены в кожухе 14 с открытой поверхностью в сторону рекультивируемого отвала. Кожух оснащен также бункером 15 для высеваемого материала, дозатором 16 (точнее высевающим аппаратом) для подачи материала из бункера 15 в камеру размещения рабочего органа 12, водораспределительной системой 17 с форсунками 18, скребком 19 и кронштейнами 20 с катком 21. Для повышения прочности кожуха он снабжен ребрами жесткости 22, к которым прикреплены проушины 23 и 24 для крепления концов каната 8 канатной тяги 7 и ограничители поворота 25 и 26 (последний может быть закреплен и в ином месте). Сверху бункер 15 закрыт крышкой 27.

Породоразрушающий рабочий орган экскаватора выполнен в виде фрезерного ротора, располагаемого перпендикулярно стреле. Конструкция ротора и его фрез может быть принята аналогичной известным типам, исходя из свойств пород, слагающих обрабатываемую поверхность отвала или уступа. Продольный вал ротора расположен в вертикальной плоскости по центру тяжести перемещаемой по стреле массы (каретки).

В предлагаемом варианте экскаватора рабочий орган выполнен в виде свободно размещенной с помощью подшипников (не показаны) на продольном валу 13 втулки 28 со спицами 29, оснащенными фрезерными резцами 30 и 31. Соседние ряды спиц смещены друг относительно друга на некоторый угол для лучшего рыхления пород.

На продольном валу 13 жестко закреплено не менее одного зубчатого колеса 32, входящего в зацепление с зубчатой рейкой, проложенной по всей длине стрелы 3 (на фиг. 3 показаны 2 зубчатых колеса, каждое из которых соединено с валом 13 посредством шпонок 33, а зубчатая рейка представлена в виде перфорированной поверхности опорной грани 34 стрелы 3 для зубчатого колеса 32).

Бункер 15 выполнен по месту в виде усеченного конуса с разгрузочным окном в камеру размещения породоразрушающего рабочего органа. В указанном окне установлен дозатор 16 (точнее высевающий аппарат). Конструкция дозатора принята любой из известных типов, обеспечивающих равномерную подачу из бункера 15 материала с требуемой интенсивностью по всей длине ротора рабочего органа 12. На чертеже (фиг. 2) дозатор 16 представлен барабанного типа, как наиболее соответствующий условиям работы.

Дозатор снабжен механизмом управления его работой. Указанный механизм выполнен в виде храпового устройства 35 и двух звездочек 36 и 37. Звездочка 36 жестко закреплена на втулке 28 рабочего органа, а звездочка 37 - на оси дозатора 16. Между собой звездочки соединены гибкой связью 38. Храповое устройство 35 выполнено в виде двойного храповика (см. фиг. 6), основное колесо 39 которого жестко закреплено на продольном валу 13. Промежуточное колесо 40 данного устройства выполнено с верхней поверхностью в форме храповика, снабжено собачками 41 с пружинами 42 для основного колеса 39 и закреплено жестко на втулке 28 рабочего органа. Собачки 43 с пружинами для промежуточного колеса 40 закреплены в наружном кольце 44, а последний жестко закреплен на кожухе 14.

Водораспределительная система 17 на фиг. 2 представлена упрощенно в виде двух сообщающихся емкостей с форсунками 18. Однако эта система может быть выполнена и по более сложной схеме, например подача воды из емкостей в форсунки осуществляется насосом, приводимым в действие непосредственно продольным валом 13; вода подается в форсунки непосредственно из бака 11 и т. д. Скребок 19 представляет собой укрепленную с наружной стороны кожуха 14 продольную балку на всю длину рабочего породоразрушающего органа. Она может быть выполнена с заострением в сторону ротора. Кронштейны 20 выполнены в виде жестко закрепленных на кожухе 14 проушин, в которых укреплен каток 21 с возможностью его вращения относительно своей оси. Кроме указанной конструкции кронштейнов каток 21 на каретке может быть закреплен и по другому варианту, а именно на концах коромысла 54, осью которого служит продольный вал 13 рабочего органа (фиг. 9 и 10). Ограничители поворота 25 и 26 в виде их скольжения по стреле 3 в процессе работы рабочего органа целесообразно выполнить в виде роликов 46, свободно закрепленных на осях 47, а последние жестко крепят к ребрам жесткости 22 или к кожуху 14. Концы каната 8 канатной тяги с помощью проушин 23 и 24 закреплены на каретке общеизвестным способом, но точка крепления каждой ветви каната должна быть расположена выше точки набегания каната на соответствующий направлению движения конечный блок, установленный на стреле. Крепление каната 8 при варианте с коромыслами (9 и 10) произведено на конце коромысла, противоположному креплению катка.

Работает экскаватор следующим образом. На месте производства работ бункер 15 загружают засеваемым материалом (например, семенами трав с удобрительной смесью, драживованными семенами и т.д.), а его емкости 17 заполняют водой или водой с удобрительной смесью. Затем загруженную каретку 4 перемещают в крайнюю верхнюю точку стрелы и машинист подводит экскаватор к откосу отвала, а с помощью лебедки 9 и троса 10 устанавливает стрелу 3 экскаватора под требуемым углом с целью получения в дальнейшем необходимого угла наклона рекультивируемого откоса отвала. Далее включают в работу канатную тягу 7 и под действием каната 8 каретка 4 с рабочим органом 12 начинает перемещаться по стреле в сторону поворотной платформы. Учитывая, что точка крепления каната на каретке 4 находится выше точки набегания каната на конечный блок 6, а продольный вал 13 расположен по центру тяжести перемещаемой массы, то под действием натянутого конца каната (фиг. 7 и 8 концы каната без натяжения условно показаны провисшими) каретка несколько опрокинется в сторону конечного блока 6, в результате чего каток 21 окажется расположенным от стрелы значительно выше ротора породоразрушающего рабочего органа 12. Опрокидывание прекратится, когда ограничитель поворота 25 войдет в соприкосновение со стрелой 3. При дальнейшем перемещении каретки 4 вниз зубчатые колеса 32 перекатываются по зубчатой рейке 34 и приводят во вращение продольный вал 13 с основным храповым колесом 39. Указанное колесо в храповом устройстве 35 установлено так, что оно свободно перемещается среди собачек 41 при опускании каретки 4 вниз и не приводит к вращению фрезерного ротора породоразрушающего рабочего органа. Поэтому при движении каретки 4 по стреле вниз (к поворотной платформе) каток 21, перекатываясь по поверхности откоса отвала, уплотняет и разравнивает указанную поверхность без его засева семенами. При этом возможно некоторое увлажнение разравниваемых пород жидкостью из форсунок 18.

Когда каретка 4 достигнет основания откоса (крайнее нижнее положение), работу лебедки 7 реверсируют и под воздействием приведенных выше сил при изменении положения натянутого конца каната каретка 4 несколько опрокинется в сторону конечного блока 5 до положения, когда ограничитель поворота 26 войдет в соприкосновение со стрелой 3. Это приведет к тому, что каток 21 окажется в положении, когда он находится лишь несколько ниже фрез рабочего органа 12 (фиг. 2). При последующем перемещении каретки 4 по стреле 3 вверх (к блоку 5) зубчатые колеса 32 перекатываются по зубчатой рейке 34, что приводит к вращению продольного вала 13 с храповым колесом 39. Указанное колесо, опираясь на собачки 41, вызовет вращение промежуточного колеса 49 храпового устройства 35. Вращение колеса 40 немедленно вызовет вращение втулки 28, т.е. всего ротора породоразрушающего рабочего органа и звездочки 36, а следовательно и дозатора 16. Таким образом, при движении каретки 4 к конечному блоку 5 породоразрушающий рабочий орган своими фрезами 30 и 31 ведет рыхление породы, а дозатор 16 и форсунки 18 насыщают разрыхленную породу семенами, водой и удобрениями. При этом скребок 19 разравнивает разрыхленную породу, а каток 21 прикатывает разрыхленный слой.

Когда же каретка 4 достигнет крайней верхней точки у конечного блока 5, то экскаватор переезжает на ширину рабочего органа и, реверсировав двигатель лебедки 7 канатной тяги, аналогично описанному ведет разравнивание и засев следующей заходки откоса отвала и т.д.

При варианте расположения катка 21 на кронштейнах в виде коромысла 45 действующие в тросе 8 силы при изменении направления движения каретки 4 остаются аналогичными описанным. Поэтому они воздействуют на концы коромысла 45 и приводят к изменению положения катка 21 относительно породоразрушающего рабочего органа. Эти изменения наглядно показаны на фиг. 9 и 10. При таком варианте крепления катка 21 опрокидывания каретки 4 не требуется.

Предлагаемый экскаватор при работе обеспечит разравнивание и засев откосов отвала с соблюдением требуемого угла наклона поверхностей при создании наилучших условий по влажности и плотности почвы для прорастания растений. Следовательно, функции экскаватора-планировщика значительно расширяются. Применение экскаватора будет способствовать также предотвращению водяной и ветровой эрозии откосов отвала.

Экскаватор предлагаемой конструкции может быть использован также для рекультивации откосов уступов, планирования поверхностей буртов, равномерного увлажнения поверхностей и подкормки растений, высаженных на откосах.

Изобретение относится к горному машиностроению, в частности к машинам для рекультивации карьерных отвалов и уступов из мягких пород или покрытых плодородным слоем. Основная задача - расширение технологических возможностей экскаватора-планировщика. Достигается это тем, что стрела экскаватора оснащена по всей длине зубчатой рейкой. Породоразрушающий рабочий орган выполнен в виде размещенного в кожухе фрезерного ротора, продольный вал которого снабжен не менее чем одним жестко закрепленным зубчатым колесом, входящим в зацепление с зубчатой рейкой стрелы. Кожух рабочего органа выполнен с открытой поверхностью в сторону отвала и оборудован бункером для хранения высеваемого материала с дозатором, механизмом управления работой дозатора, водораспределительной системой, скребком, кронштейнами с катком и ограничителями поворота кожуха. Рабочий орган экскаватора при возвратно-поступательном движении по стреле производит рыхление слоя породы фрезами вращающего ротора, засев этого слоя зернами трав или деревьев, увлажнение породы, разравнивание и уплотнение откосов отвала. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. ЭКСКАВАТОР ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ И ЗАСЕВА ОТКОСОВ ОТВАЛА, включающий базовую машину с поворотной платформой и стрелой, на которой смонтирован породоразрушающий рабочий орган, совершающий возвратно-поступательное движение с помощью канатной тяги, отличающийся тем, что стрела экскаватора оснащена по всей длине зубчатой рейкой, а породоразрушающий рабочий орган выполнен в виде размещенного в кожухе фрезерного ротора, продольный вал которого расположен перпендикулярно стреле и снабжен не менее чем одним жестко закрепленным зубчатым колесом, входящим в зацепление с зубчатой рейкой стрелы, при этом кожух рабочего органа выполнен с открытой поверхностью в сторону отвала и оборудован бункером для хранения высеваемого материала с дозатором, механизмом управления работой дозатора, водораспределительной системой, скребком, кронштейнами с катком и ограничителями поворота кожуха, причем разгрузочные окна дозатора и водораспределительной системы выведены в камеру размещения породоразрушающего рабочего органа, скребок закреплен с наружной стороны кожуха перед катком, а точка крепления на кожухе каждой ветви каната канатной тяги расположена выше точки набегания каната на соответствующий направлению движения конечный блок, установленный на стреле. 2. Экскаватор по п.1, отличающийся тем, что ротор его рабочего органа выполнен в виде свободно размещенной на продольном валу втулки со спицами, оснащенными фрезерными резцами, причем сцепление втулки с продольным валом осуществлено посредством механизма управления работой дозатора. 3. Экскаватор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что механизм управления работой дозатора выполнен в виде двух соединенных гибкой связью звездочек и храпового устройства, при этом звездочки жестко закреплены по одной соответственно на втулке породоразрушающего рабочего органа и оси дозатора, а храповое устройство выполнено в виде двойного храповика, основное колесо которого жестко закреплено на продольном валу указанного рабочего органа, промежуточное колесо с собачками для основного колеса - на втулке ротора и собачки для промежуточного колеса - на кожухе рабочего органа. 4. Экскаватор по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что зубчатая рейка стрелы выполнена в виде перфорированной поверхности опорной грани стрелы для зубчатого колеса продольного вала породоразрушающего рабочего органа. 5. Экскаватор по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что продольный вал породоразрушающего рабочего органа расположен в вертикальной плоскости по центру тяжести перемещаемой по стреле массы. 6. Экскаватор по п.1, отличающийся тем, что кронштейны кожуха выполнены в виде коромысла, закрепленного на продольном валу породоразрушающего рабочего органа, при этом каток закреплен на конце коромысла, расположенного позади рабочего органа, а концы тягового каната - на противоположном конце коромысла.